(57)【要約】【課題】シャフトの曲げ変形を抑えつつインペラを十分な軸力で締め付けることが可能なターボチャージャを提供する。【解決手段】タービン２と、第１段付部４ｄ及び第２段付部４ｅがそれぞれ形成されたタービン２と同軸かつ一体のシャフト４と、シャフト４の第２段付部４ｅよりも先端側に同軸上に嵌め合わされるインペラ３と、シャフト４の第１段付部４ｄと第２段付部４ｅとの間に嵌め合わされてシャフト４を回転自在に支持する転がり軸受５Ａ、５Ｂと、シャフト４の先端部に設けられて、インペラ３、転がり軸受５Ａ、５Ｂの内輪５ｂを第１段付部４ｄに向かって締め付けるインペラナット１１とを備えたターボチャージャ１において、タービン２側の転がり軸受５Ａの内輪５ｂと第１段付部４ｄとの間に、シャフト４よりも剛性の低い低剛性部材１２を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンと、
前記タービンと同軸かつ一体に設けられ、前記タービン側が大径となる第１段付部、及び該第１段付部よりも先端側に位置しかつ前記第１段付部側が大径となる第２段付部がそれぞれ形成されたシャフトと、
前記シャフトの前記第２段付部よりも先端側に同軸上に嵌め合わされるインペラと、
前記シャフトの前記第１段付部と前記第２段付部との間に嵌め合わされ、前記シャフトを回転自在に支持する転がり軸受と、
前記シャフトの前記第１段付部と前記転がり軸受の内輪との間に配置される少なくとも一つの筒状部材と、
前記シャフトの先端部に設けられて、前記インペラ、前記転がり軸受の内輪及び前記筒状部材を前記第１段付部に向かって締め付ける締付具と、を備え、
前記筒状部材のうち、少なくとも一つの筒状部材が前記シャフトよりも剛性の低い低剛性部材とされたターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等に用いられるターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関等に用いられるターボチャージャとして、転がり軸受の内輪間にスペーサを配置して軸受間の距離を一定に保持しつつ、タービンと一体のシャフトの途中に設けられた段付部に内輪の端面を突き当て、それらの内輪とスペーサとを、シャフトの先端部に装着されたコンプレッサのインペラとともに締付具で締め付けることにより、その締付具とシャフトの段付部との間でインペラ、内輪及びスペーサを挟み込んだターボチャージャが知られている（例えば、特許文献１〜４）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献５が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８８８５５号公報
【特許文献２】特開２００７−７１３５６号公報
【特許文献３】特開２００８−２９８２８４号公報
【特許文献４】特開２００５−１７２０９９号公報
【特許文献５】特開２００６−２００６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のターボチャージャでは、タービン側の軸線回りのアンバランスがすべり軸受使用時よりも増加して高調波の騒音がより顕著に発生する傾向がある。その原因は、転がり軸受の内輪がシャフトに圧入されているため、シャフトの段付部の直角度、あるいは軸受の内輪の段付部と接触する端面の直角度がばらついているため、締付具を締め付けることによりタービンの近傍にてシャフトに曲げ変形が生じることにある。インペラを締め付ける軸力を下げればシャフトの曲げ変形を低減できるが、その場合にはインペラがシャフトに対して回転するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、シャフトの曲げ変形を抑えつつインペラを十分な軸力で締め付けることが可能なターボチャージャを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のターボチャージャは、タービンと、前記タービンと同軸かつ一体に設けられ、前記タービン側が大径となる第１段付部、及び該第１段付部よりも先端側に位置しかつ前記第１段付部側が大径となる第２段付部がそれぞれ形成されたシャフトと、前記シャフトの前記第２段付部よりも先端側に同軸上に嵌め合わされるインペラと、前記シャフトの前記第１段付部と前記第２段付部との間に嵌め合わされ、前記シャフトを回転自在に支持する転がり軸受と、前記シャフトの前記第１段付部と前記転がり軸受の内輪との間に配置される少なくとも一つの筒状部材と、前記シャフトの先端部に設けられて、前記インペラ、前記転がり軸受の内輪及び前記筒状部材を前記第１段付部に向かって締め付ける締付具と、を備え、前記筒状部材のうち、少なくとも一つの筒状部材が前記シャフトよりも剛性の低い低剛性部材とされたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のターボチャージャによれば、締付具にてインペラを締め付けると、低剛性部材が軸線方向に圧縮変形し、それにより、第２段付部よりもシャフトの先端側に組み付けられた部品がタービン側に変位して第２段付部に突き当たり、それ以降は締付具の締め付けによる軸力が第２段付部と締付具との間に限定されて作用する。これにより、転がり軸受の内輪に加わる軸力を制限してシャフトの曲げ変形を抑えつつ、インペラを十分な軸力で締め付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の形態に係るターボチャージャの要部を示した軸線方向断面図。
【図２】図１のターボチャージャにおける転がり軸受周辺の拡大図。
【図３Ａ】低剛性部材の斜視図。
【図３Ｂ】低剛性部材の正面図。
【図４】インペラナットの締付トルクと軸力との関係を示す図。
【図５】第１の形態に対する変形例を示す図。
【図６】本発明の第２の形態に係るターボチャージャの転がり軸受周辺の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の形態）
図１に示すように、第１の形態に係るターボチャージャ１は、タービン２と、インペラ３と、それらを一体回転可能に連結するシャフト４とを備えている。タービン２は不図示のタービンハウジングに、インペラ３は不図示のコンプレッサハウジングにそれぞれ収容されている。タービン２とシャフト４とは同軸かつ一体に形成されている。シャフト４は、シャフト４は、タービン２側からインペラ３側に向かって大径部４ａ、中間部４ｂ及び小径部４ｃが順次設けられることにより、タービン２側が大径となる第１段付部４ｄ、及びその第１段付部４ｄよりも先端側に位置しかつ第１段付部４ｄ側が大径となる第２段付部４ｅがそれぞれ形成された段付きシャフトである。さらに、小径部４ｃの先端部には雄ねじ部４ｆが設けられている。
【００１０】
シャフト４は、その中間部４ｂに嵌め合わされた一対の転がり軸受５Ａ、５Ｂ（但し、両者を区別する必要がないときは転がり軸受５と表記する。）により、その軸線ＣＬの回りに回転自在に支持されている。転がり軸受５はアンギュラコンタクト型のボールベアリングである。転がり軸受５の外輪５ａはホルダ６に収容されている。ホルダ６は軸受ハウジング７の内周に収容されてリテーナ８で軸線方向に抜け止めされている。一方、転がり軸受５の内輪５ｂはシャフト４の中間部４ｂに圧入されている。内輪５ｂ間には、筒状部材の一つとしてのスペーサ９が設けられ、そのスペーサ９により内輪５ｂの間隔が適正値に調整されている。シャフト４の小径部４ｃには、シーリングカラー１０が嵌め合わされている。そのシーリングカラー１０よりもシャフト４の先端側にインペラ３が嵌め合わされている。シャフト４の雄ねじ部４ｆには、締付具としてのインペラナット１１が取り付けられている。インペラナット１１を締め付けることにより、シャフト４上の各部品が第１段付部４ｄとインペラナット１１との間に挟み込まれて保持される。
【００１１】
図２により詳しく示したように、シャフト４の第１段付部４ｄとタービン側の転がり軸受５Ａの内輪５ｂとの間には低剛性部材１２が設けられている。低剛性部材１２は、一例として図３Ａ及び図３Ｂに示すように、円筒体１２ａに、周方向に延びる適宜の本数（図では３本）のスリット１２ｂを形成した構成を備えることにより、その剛性がシャフト４のそれよりも低く設定された筒状部材である。
【００１２】
以上の構成によれば、インペラナット１１を締め付けることにより、その軸力がインペラ３、シーリングカラー１０、転がり軸受５Ｂ、スペーサ９及び転がり軸受５Ａを順次経由して低剛性部材１２に伝わる。低剛性部材１２はシャフト４よりも剛性が低いため、軸力で低剛性部材１２が軸線方向に圧縮変形し、それにより、転がり軸受５Ａからインペラ３に至るまでのシャフト４上の各部品がタービン２側に変位してシーリングカラー１０が第２段付部４ｅに突き当たる。シーリングカラー１０が第２段付部４ｅに突き当たった後もインペラナット１１の締め付けを継続すると、それ以降に発生する軸力は第２段付部４ｅとインペラナット１１との間に介在するシーリングカラー１０及びインペラ３に限定して作用する。
【００１３】
すなわち、図４に示したように、インペラナット１１の締付トルクがＴａに達したときにシーリングカラー１０が第２段付部４ｅに突き当たったとすれば、締付トルクＴａ未満の領域では、第１段付部４ｄとインペラナット１１との間に挟まれた各部品に実線Ｌ１で示す軸力が等しく作用する。しかし、締付トルクＴａ以上の領域では、第１段付部４ｄから転がり軸受５Ｂまでの部品の軸力が実線Ｌ２で示すように一定値Ｆａに保持される一方、第２段付部４ｅとインペラナット１１との間に挟まれたシーリングカラー１０及びインペラ３の軸力は破線Ｌ３で示すように締付トルクに比例して増加する。その結果、インペラナット１１の締め付けを完了したときの締付トルクＴｂに対して、インペラ３には軸力Ｆｂが、転がり軸受５には軸力Ｆａ（＜Ｆｂ）が作用する。仮に、低剛性部材１２を省略して従来と同様の構造でインペラナット１１を締め付けた場合には、インペラ３及び転がり軸受５の軸力が想像線Ｌ４で示すように軸力Ｆｂまで締付トルクに比例して増加する。このように、本形態のターボチャージャ１によれば、転がり軸受５の内輪５ｂに作用する軸力を従来よりも低く制限してシャフト４の特にタービン２側での曲げ変形を抑えつつ、インペラ３を従来構造と同様に十分な軸力で締め付けることができる。
【００１４】
なお、低剛性部材１２は図３Ａ及び図３Ｂに示した構成に限らず、シャフト４よりも低剛性である限り適宜に変更可能である。例えば、皿ばね、内輪５ｂに比して肉厚が薄い円筒体等を低剛性部材１２として利用してもよい。図５に示したように、第１段付部４ｄとの接触面側にスリット１３ａが形成された低剛性部材１３を、図２の低剛性部材１２に代えて転がり軸受５Ａの内輪５ｂと第１段付部４ｄとの間に配置してもよい。
【００１５】
（第２の形態）
次に、図６を参照して本発明の第２の形態に係るターボチャージャを説明する。なお、本形態のターボチャージャは第１の形態と比較して低剛性部材を変更したものである。従って、ターボチャージャの概略構成は図１を参照し、かつ、図６において図２との共通部分には同一の参照符号を付してそれらの説明を省略する。
【００１６】
図６に示したように、本形態のターボチャージャ１では、図２の低剛性部材１２が省略されて転がり軸受５Ａの内輪５ｂが第１段付部４ｄに突き当てられている。一方、内輪５ｂ間には、図２のスペーサ９に代えて、両端部以外の内周にぬすみ部１３ａを設けて肉厚を減少させたスペーサ１４が低剛性部材として設けられている。本形態においても、インペラナット１１を締め付けることによりスペーサ１４が軸線方向に圧縮変形してシーリングカラー１０が第２段付部４ｅに突き当たり、それ以降は第１段付部４ｄから転がり軸受５Ｂまでの各部品に作用する軸力を一定値に制限しつつインペラ３に作用する軸力を高めることが可能である。
【００１７】
本発明は上述した形態に限定されることなく、適宜の形態で実施してよい。例えば、
シャフトの支持構造は図示例に限らず、転がり軸受が少なくとも一つ設けられている限り、本発明を適用することができる。図示の形態では、シーリングカラー１０が第２段付部４ｅに突き当てられているが、それに限らず、インペラ３又はこれと一体化された部材、あるいはインペラ３及びシーリングカラー１０のいずれとも異なる部品が第２段付部に突き当てられるようにしてもよい。第１段付部と転がり軸受の内輪との間に配置される筒状部材の個数は適宜に変更可能であり、少なくとも一つの筒状部材が低剛性部材とされていればよい。例えば、図２の低剛性部材１２又は図５の低剛性部材１３と、図６の低剛性部材としてのスペーサ１４とを組み合わせて使用してもよい。締付具はインペラナット１１に限らず、シャフトの先端側からインペラ等を第１段付部に向かって締め付けることができるものであれば適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００１８】
１  ターボチャージャ
２  タービン
３  インペラ
４  シャフト
４ｄ  第１段付部
４ｅ  第２段付部
５Ａ、５Ｂ  転がり軸受
５ｂ  転がり軸受の内輪
９  スペーサ（筒状部材）
１０  シーリングカラー
１１  インペラナット（締付具）
１２  低剛性部材（筒状部材）
１２ａ  円筒体
１２ｂ  スリット
１３  低剛性部材（筒状部材）
１３ａ  スリット
１４  スペーサ（筒状部材、低剛性部材）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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